省電力公司發(fā)電機保護整定計算講義

1、第一節(jié) 概 述發(fā)電機的安全運行對保證電力系統(tǒng)的正常工作和電能質(zhì)量起著決定性的作用，同時發(fā)電機本身也是一個十分貴重的電器元件，因此，應(yīng)該針對各種不同的故障和不正常運行狀態(tài)，裝設(shè)性能完善的繼電保護裝置。1故障類型及不正常運行狀態(tài)：11 故障類型1) 定子繞組相間短路：危害最大；2) 定子繞組一相的匝間短路：可能發(fā)展為單相接地短路和相間短路；3) 定子繞組單相接地：較常見，可造成鐵芯燒傷或局部融化；4) 轉(zhuǎn)子繞組一點接地或兩點接地：一點接地時危害不嚴(yán)重；兩點接地時，因破壞了轉(zhuǎn)子磁通的平衡，可能引起發(fā)電機的強烈震動或?qū)⑥D(zhuǎn)子繞組燒損；5) 轉(zhuǎn)子勵磁回路勵磁電流急劇下降或消失，即發(fā)電機低勵或失磁：從電力系

2、統(tǒng)吸收無功功率，從而引起系統(tǒng)電壓下降，如果系統(tǒng)中無功功率儲備不足，將使電力系統(tǒng)中鄰近失磁發(fā)電機的某些電壓低于允許值，破壞了負(fù)荷與各電源間的穩(wěn)定運行，甚至可使系統(tǒng)因電壓崩潰而瓦解。6) 發(fā)電機與系統(tǒng)失步：會出現(xiàn)發(fā)電機的機械量和電氣量與系統(tǒng)之間的振蕩，這種持續(xù)的振蕩對發(fā)電機組和電力系統(tǒng)產(chǎn)生有破壞力的影響；7) 發(fā)電機過勵磁故障：并非每次都造成設(shè)備明顯破壞，但多次反復(fù)過勵磁，將因過熱而使絕緣老化，降低設(shè)備的使用壽命。12 不正常運行狀態(tài)1) 由于外部短路引起的定子繞組過電流：溫度升高，絕緣老化；2) 由于負(fù)荷等超過發(fā)電機額定容量而引起的三相對稱過負(fù)荷，溫度升高，絕緣老化；3) 由于外部不對稱短路或不

3、對稱負(fù)荷而引起的發(fā)電機負(fù)序過電流和過負(fù)荷：在轉(zhuǎn)子中感應(yīng)出100hz的倍頻電流，可使轉(zhuǎn)子局部灼傷或使護環(huán)受熱松脫，從而導(dǎo)致發(fā)電機重大事故。此外還會引起發(fā)電機100hz的振動；4) 由于突然甩負(fù)荷引起的定子繞組過電壓：調(diào)速系統(tǒng)慣性較大，在突然甩負(fù)荷時，可能出現(xiàn)過電壓，造成發(fā)電機繞組絕緣擊穿；5) 由于勵磁回路故障或強勵時間過長而引起的轉(zhuǎn)子繞組過負(fù)荷；6）由于汽輪機主氣門突然關(guān)閉而引起的發(fā)電機逆功率：當(dāng)機爐保護動作或調(diào)速控制回路故障以及某些人為因素造成發(fā)電機轉(zhuǎn)為電動機運行時，發(fā)電機將從系統(tǒng)吸收有功功率，即逆功率。危害：汽輪機尾部葉片有可能過熱而造成事故。2 汽輪發(fā)電機保護類型1）發(fā)電機差動保護：定子

4、繞組及其引出線的相間短路保護；2）匝間保護：定子繞組一相匝間短路或開焊故障的保護；3）單相接地保護：對發(fā)電機定子繞組單相接地短路的保護；4）發(fā)電機的失磁保護：反應(yīng)轉(zhuǎn)子勵磁回路勵磁電流急劇下降或消失；5）過電流保護：反應(yīng)外部短路引起的過電流，同時兼作縱差動保護的后備保護；6）阻抗保護：反應(yīng)外部短路，同時兼作縱差動保護的后備保護；7）轉(zhuǎn)子表層負(fù)序電流保護：反應(yīng)不對稱短路或三相負(fù)荷不對稱時發(fā)電機定子繞組中出現(xiàn)的負(fù)序電流；8）過負(fù)荷保護：發(fā)電機長時間超過額定負(fù)荷運行時作用于信號的保護；9）過電壓保護：反應(yīng)突然甩負(fù)荷而出現(xiàn)的過電壓；10）轉(zhuǎn)子一點接地保護和兩點接地保護：勵磁回路的接地故障保護；11）逆功

5、率保護：當(dāng)汽輪機主汽門誤關(guān)閉而發(fā)電機出口斷路器未跳閘，發(fā)電機失去原動力而變?yōu)殡妱訖C運行，從電力系統(tǒng)中吸收有功功率時保護；12）規(guī)程規(guī)定，對頻率降低和電壓升高引起的鐵芯工作磁密過高，300mw及以上發(fā)電機應(yīng)裝設(shè)過勵磁保護；13）失步保護：反應(yīng)機組發(fā)生振蕩失步的保護，300mw 及以上機組配置。3定值計算中假設(shè)條件“大型發(fā)電機變壓器繼電保護整定計算導(dǎo)則”規(guī)定，為簡化計算工作，可按下列假設(shè)條件計算短路電流：1）可不計發(fā)電機、調(diào)相機、變壓器、架空線路、電纜線路等阻抗參數(shù)中的電阻分量；在很多情況下，可假設(shè)旋轉(zhuǎn)電機的負(fù)序阻抗與正序阻抗相等。2）發(fā)電機及調(diào)相機的正序阻抗，可采用次暫態(tài)電抗xd的飽和值。3）各

6、發(fā)電機的等值電動勢（標(biāo)么值）可假設(shè)為1且相位一致。4）只計算短路暫態(tài)電流中的周期分量，但在縱聯(lián)差動保護裝置（以下簡稱縱差保護）的整定計算中以非周期分量系數(shù)kap考慮非周期分量的影響。5）發(fā)電機電壓應(yīng)采用額定電壓值，系統(tǒng)側(cè)電壓可采用額定電壓值或平均額定電壓值，不考慮變壓器電壓分接頭實際位置的變動。6）不計故障點的相間和對地過渡電阻。4保護出口方式根據(jù)gbl4285的規(guī)定，按照故障和異常運行方式性質(zhì)的不同，機組熱力系統(tǒng)和調(diào)節(jié)系統(tǒng)的條件，各項保護裝置分別動作于： a）停機：斷開發(fā)電機或發(fā)電機變壓器組（簡稱發(fā)變組）斷路器、滅磁，關(guān)閉原動機主汽門或?qū)~，斷開廠用分支斷路器。 b）解列滅磁：斷開發(fā)電機或

7、發(fā)變組斷路器和廠用分支斷路器、滅磁，原動機甩負(fù)荷。 c）解列：斷開發(fā)電機或發(fā)變組斷路器，原動機甩負(fù)荷。 d）降低勵磁 e）減出力：將原動機出力減至給定值。 f）縮小故障范圍（例如斷開母聯(lián)或分段斷路器）。 g）程序跳閘：對于汽輪發(fā)電機，先關(guān)主汽門，待逆功率繼電器動作后再斷開發(fā)電機或發(fā)變組斷路器并滅磁；對于水輪發(fā)電機，先將導(dǎo)水葉關(guān)到空載位置，待逆功率繼電器動作后再斷開發(fā)電機或發(fā)變組斷路器并滅磁。 h）信號：發(fā)出聲光信號。5設(shè)備阻抗圖 應(yīng)首先根據(jù)機組、主變阻抗參數(shù)、系統(tǒng)阻抗，畫出以sb=100mw,ub=系統(tǒng)平均電壓（如220kv系統(tǒng)為230v）為基準(zhǔn)值的阻抗圖。第二節(jié) 發(fā)電機保護定值計算1發(fā)電機比

8、率制動差動保護1.1作用原理下圖為發(fā)電機縱差動保護的單相原理圖，兩組ct特性、變比一致，正常 區(qū)外接地時12 整定計算 圖2 比率制動式差動保護的制動特性1) 差動保護的最小動作電流, 即圖2中a點的縱座標(biāo)iop.0式中：krel可靠系數(shù)，取1.5； ign發(fā)電機額定電流； iunb.0發(fā)電機額定負(fù)荷狀態(tài)下，實測的差動保護中的不平衡電流。實際可取iop.0=（0.100.30）ign/na，一般宜選用（0.100.20）ign/na。如果實測iunb.0較大，則應(yīng)盡快查清iunb.0增大的原因，并予消除，避免因iop.0過大而掩蓋一、二次設(shè)備的缺陷或隱患。發(fā)電機內(nèi)部短路時，特別是靠近中性點經(jīng)過

9、渡電阻短路時，機端或中性點側(cè)的三相電流可能不大，為保證內(nèi)部短路時的靈敏度，最小動作電流iop.0不應(yīng)無根據(jù)地增大。2) 制動特性的拐點電流ires.0定子電流等于或小于額定電流時，差動保護不必具有制動特性，因此 ires.0=(0.81.0)ign/na3) 制動系數(shù)s按最大外部短路電流下差動保護不誤動的條件確定。a）外部短路最大不平衡電流計算iunb.max=（kap×ker×kcc）×ik.max 式中：kap非周期分量系數(shù)，取1.52.0； kcc互感器同型系數(shù)，取0.5(同型)或1.0（不同型）； ker互感器比誤差系數(shù)，取0.1（10pct）或0.05(

10、5pct)； ik.max最大外部三相短路電流周期分量 ik.max按發(fā)電機空載，機端發(fā)生三相金屬性短路計算(區(qū)外穿越), ik.max= =（1/xd）×（sb/×ugn）/nab）差動保護最大動作電流計算iop.max=krel×iunb.maxkrel可靠系數(shù)，取1.5；c）制動系數(shù)s ires.max=ik.max s=（iop.max-iop.min）/（ires.max-ires.0）4) 比率差動保護靈敏度校核 按發(fā)電機未并網(wǎng)時，機端發(fā)生區(qū)內(nèi)兩相金屬性短路故障校核差動保護靈敏度。ik.min=0.866×(1/xd)×sb/

11、15;ugn）/naiop.min=ik.minires=ik.min/2（或ik.min）iop= iop.0+s(ires-ires.0)ksen=iop.min /iop>25) 保護出口方式一般動作于停機，即跳開高壓側(cè)開關(guān)、廠變分支開關(guān)、滅磁開關(guān)，關(guān)主汽門，啟動分支快切，并且啟動失靈。2 發(fā)電機匝間保護 大型汽輪發(fā)電機很多只引出3個端子，特別是部分汽輪發(fā)電機定子繞組每相只有一個分支，中性點也只可能有3個引出端，對于定子繞組的匝間短路無法配置裂相橫差保護和零序電流型橫差保護。對于發(fā)電機定子繞組的匝間短路故障，國內(nèi)正在使用的有故障分量負(fù)序方向保護和縱向基波零序電壓保護。這里介紹使用較

12、多的縱向基波零序電壓保護。1.1 作用原理（p57）縱向基波零序電壓保護用于保護發(fā)電機定子繞組匝間短路或開焊故障，實際上此保護也反應(yīng)發(fā)電機內(nèi)相間短路。因為發(fā)電機中性點不直接接地，所以發(fā)電機內(nèi)部相間、匝間短路表現(xiàn)為機端三相對中性點的不平衡，即對中性點而言機端出現(xiàn)縱向零序電壓3u0；當(dāng)發(fā)電機內(nèi)部或外部發(fā)生單相接地故障時，機端三相對地出現(xiàn)橫向零序電壓3u0。為了只反應(yīng)相間或匝間短路時的縱向零序電壓3u0，必須裝設(shè)專用pt。該pt一次中性點直接與發(fā)電機中性點連接，且不允許接地。取一極端例子，例如b 相機端對中性點n 金屬性短路，則：3u0=（uan+0+ucn）/nv=100v為了防止外部短路時誤動作

13、，一般會增設(shè)故障分量負(fù)序方向元件，當(dāng)外部短路時負(fù)序方向由系統(tǒng)流入發(fā)電機，內(nèi)部短路時負(fù)序方向由發(fā)電機流入系統(tǒng)。發(fā)電機正常運行時，可能有較大的三次諧波電壓，三次諧波電壓與零序電壓有相同的特征，所以要求保護裝置三次諧波濾過比應(yīng)大于801.2 整定計算1）縱向零序動作電壓按躲過發(fā)電機正常運行時最大不平衡電壓整定，設(shè)計值可初選為 u0.op23（v）發(fā)電機投運后，應(yīng)經(jīng)實測，對uop定值進行適當(dāng)修正，以提高靈敏度。2）故障分量負(fù)序方向元件可以根據(jù)廠家建議取值，如許繼wbh-800保護i=0.02ie ，u= 0.008ue ，p=0.08%sn3）動作時間 為防止外部短路暫態(tài)過程中保護誤動作，保護動作時間

14、可取0.1-0.2s。4) 保護出口方式一般動作于停機，即跳開高壓側(cè)開關(guān)、廠變分支開關(guān)、滅磁開關(guān)，關(guān)主汽門，啟動分支快切，并且啟動失靈3發(fā)電機定子接地保護3.1發(fā)電機定子繞組單相接地的特點1）基波零序電壓定子繞組的單相接地（定子繞組與鐵芯間的絕緣破壞）是發(fā)電機最常見的一種故障，大中型發(fā)電機定子繞組中性點不接地或經(jīng)高阻抗接地。它具有一般不接地系統(tǒng)單相接地短路特點 設(shè)a相距中性點處單相接地 發(fā)電機中性點將發(fā)生位移，產(chǎn)生零序電壓。故障點零序電壓為 當(dāng)故障點在機端時，=1，=ea 當(dāng)故障點在中性點時，=0，=02）三次諧波電壓 幾個結(jié)論：a) 汽輪發(fā)電機正常運行時，機端三次諧波電壓u3t小于中性點三次

15、諧波電壓u3n，兩者雖在大小上不相等，但相位完全一致；b) 當(dāng)金屬性接地故障點位于靠近中性點的半個繞組區(qū)域內(nèi)（0.5）時, u3n 絕對值小于u3t絕對值；當(dāng)金屬性接地故障點靠近機端時正好相反，此時和正常狀態(tài)難以區(qū)分；c) 接地點越靠近中性點，比較三次諧波絕對值得接地保護能動作的過渡電阻越大，表現(xiàn)越靈敏；當(dāng)接地點位于繞組中心（=0.5）時，保護能動作的過渡電阻為0；接地點靠近機端一側(cè)（>0.5），則金屬性接地也不能動作。由以上簡單分析可知，基波零序電壓有動作死區(qū)。對于100mw 及以上發(fā)電機，應(yīng)裝設(shè)無動作死區(qū)（100%動作區(qū)）單相接地保護。常用的保護方案時基波零序過電壓保護與三次諧波電壓

16、保護共同組成100%單相接地保護。3.2整定計算1）基波零序電壓保護按躲過正常運行時中性點（或機端）的最大不平衡電壓uunb.max整定，即：uop=krel*uunb.max ，krel為可靠系數(shù)，取1.3；uunb.max為實測運行中最大不平衡電壓。初設(shè)選取uop5v。（死區(qū)范圍為(uop×零序pt 變比/（/)×100%，要求保護死區(qū)大于5%）投運后可根據(jù)實測uunb.max數(shù)值進行調(diào)整。c) 動作時間應(yīng)校核系統(tǒng)高壓側(cè)接地短路時，通過主變高低壓繞組間的每相耦合電容傳遞到發(fā)電機側(cè)的零序電壓。由于各對地電容數(shù)據(jù)不易取得，所以我們整定時一般通過時間整定來防止其誤動作。動作時

17、間與高壓出線接地短路時主變零序保護動作延時配合，出口動作于全停。2）三次諧波定子接地保護三次諧波電壓判據(jù)（wxb-800）方案1：動作判據(jù)：u3tku3n方案2：動作判據(jù)：u3t+u3nku3n式中：u3t-機端三次諧波電壓；u3n-中性點三次諧波電壓；k、 k方案1、2的制動系數(shù)。實測發(fā)電機正常運行中若干個不同負(fù)載情況下的比值k=u3t/u3n及k=u3t+u3n/u3n,取它們各自的平均值kave、k ave和它們的最大值kmax、k max.若kave<k ave，則采用方案1，取k=1.1k ave;若mave>m ave，則采用方案2，取 k=1 .1 k max動作時間

18、與出線接地短路時主變零序保護動作延時配合, 動作后發(fā)信。4 發(fā)電機復(fù)合電壓啟動的過流保護4.1 當(dāng)發(fā)電機或發(fā)電機相鄰元件短路時，若主保護或相應(yīng)斷路器拒動，就需要后備保護動作切除故障。對于1000kw以上的發(fā)電機宜裝設(shè)復(fù)合電壓（負(fù)序電壓和線電壓）啟動的過流保護。4.2 整定計算1）過電流元件動作電流iop按發(fā)電機額定負(fù)荷下可靠返回的條件整定 iop=krelign/krna 式中：krel可靠系數(shù)，取1.31.5； kr返回系數(shù)，取0.850.95。靈敏系數(shù)按主變壓器高壓側(cè)母線兩相短路的條件校驗 式中： 主變壓器高壓側(cè)母線金屬性兩相短路時，流過保護的最小短路電流。 要求靈敏系數(shù)ksen1.2。

19、2）低電壓元件接線電壓，動作電壓uop可按下式整定。對于汽輪發(fā)電機 式中：ugn發(fā)電機額定電壓； nv電壓互感器變比。對于水輪發(fā)電機 靈敏系數(shù)按主變壓器高壓側(cè)母線三相短路的條件校驗 式中： 主變高壓側(cè)母線金屬性三相短路時的最大短路電流； xt主變壓器電抗，取xtzt。 要求靈敏系數(shù)ksen1.2。 低電壓元件的靈敏系數(shù)不滿足要求時，可在主變壓器高壓側(cè)增設(shè)低電壓元件。3) 負(fù)序元件負(fù)序過電壓元件的動作電壓按躲過正常運行時的不平衡電壓整定，一般取 靈敏系數(shù)按主變壓器高壓側(cè)母線兩相短路的條件校驗 式中：u2.min主變高壓側(cè)母線二相短路時，保護安裝處的最小負(fù)序電壓。要求靈敏系數(shù)ksen1.5。計算主

20、變高壓側(cè)母線兩相短路時，短路點最小負(fù)序電壓：u2 =uka1=e×z2/(z1+z2)所以主變高壓側(cè)母線兩相短路時發(fā)電機機端負(fù)序電壓為：u2.min =u2×xd2/z2=xd2/(2xt+xd+xd2)×e 4) 保護動作時間保護的動作時限，按大于升壓變壓器后備保護的動作時限整定，動作于解列或停機。5）自并勵發(fā)電機需要注意的問題（p61） 自并勵發(fā)電機勵磁電源取自發(fā)電機機端電壓。當(dāng)發(fā)電機外部發(fā)生短路時，機端電壓下降，勵磁電流隨之減小，若機端三相短路，機端電壓為零，短路電流逐漸衰減為零，對于過流保護會完全失去作用；對于主變高壓側(cè)短路，短路電流衰減要慢一些，但也不能

21、認(rèn)為過流保護一定不失效。微機保護采取了措施，如增加了電流自保持功能，電流自保持時間略大于過電流保護的動作時間。5 發(fā)電機的負(fù)序過流保護51負(fù)序電流對發(fā)電機的影響電力系統(tǒng)發(fā)生不對稱短路，或三相負(fù)荷不對稱時，將有負(fù)序電流過發(fā)電機的定子繞組，并在發(fā)電機中產(chǎn)生相對于轉(zhuǎn)子以兩倍同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的磁場，從而在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生倍頻電流。對于汽輪發(fā)電機，上述倍頻電流由于集膚效應(yīng)的作用，主要在轉(zhuǎn)子表面流通，并經(jīng)轉(zhuǎn)子本體、槽楔和阻尼條，在轉(zhuǎn)子的端部附近約10%-30%的區(qū)域內(nèi)沿軸向構(gòu)成閉合回路。這一軸向電流有很大的數(shù)值，在流過轉(zhuǎn)子表層時，將在護環(huán)與轉(zhuǎn)子本體之間和槽楔與槽壁之間等接觸面上形成過熱點，將轉(zhuǎn)子燒傷，還將形成局部高

22、溫，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子表層金屬材料的強度下降，危機機組的安全。此外，若轉(zhuǎn)子本體與護環(huán)的溫差超過允許限度，將導(dǎo)致護環(huán)松脫，造成嚴(yán)重的破壞。國內(nèi)外發(fā)電機，特別是汽輪發(fā)電機因負(fù)序電流燒傷轉(zhuǎn)子的事例屢見不鮮。因此，為防止發(fā)電機的轉(zhuǎn)子遭受負(fù)序電流的損壞，大型汽輪發(fā)電機都要求裝設(shè)比較完善的負(fù)序電流保護。發(fā)電機承受負(fù)序電流的能力是構(gòu)成和整定負(fù)序電流保護的依據(jù)。5.2 整定計算 針對發(fā)電機的不對稱過負(fù)荷、非全相運行以及外部不對稱故障引起的負(fù)序過電流，其保護通常由定時限過負(fù)荷和反時限過電流二部分組成。 a）負(fù)序定時限過負(fù)荷保護保護的動作電流按發(fā)電機長期允許的負(fù)序電流i2下能可靠返回的條件整定 保護延時動作于信號。 b）負(fù)

23、序反時限過電流保護。負(fù)序反時限過電流保護的動作特性，由制造廠家提供的轉(zhuǎn)子表層允許的負(fù)序過負(fù)荷能力確定。 如果保護上下限動作電流倍數(shù)不能滿足要求，應(yīng)根據(jù)實際情況予以協(xié)調(diào)，一般是在滿足一定電流倍數(shù)的前提下，保留較小電流下的反時限特性。 在靈敏度和動作時限方面不必與相鄰元件或線路的相間短路保護配合；保護動作于解列或程序跳閘。6 發(fā)電機定子過負(fù)荷保護對于發(fā)電機因過負(fù)荷或外部故障引起的定子繞組過電流，裝設(shè)單相定子繞組對稱過負(fù)荷保護，通常由定時限過負(fù)荷及反時限過電流二部分組成。 a）定時限過負(fù)荷保護動作電流按發(fā)電機長期允許的負(fù)荷電流下能可靠返回的條件整定保護延時（躲過后備保護的最大延時，如9s ）動作于信

24、號或動作于自動減負(fù)荷。 b）反時限過電流保護反時限過電流保護的動作特性，即過電流倍數(shù)與相應(yīng)的允許持續(xù)時間的關(guān)系，由制造廠家提供的定子繞組允許的過負(fù)荷能力確定。 “汽輪發(fā)電機通用技術(shù)條件”規(guī)定：發(fā)電機定子繞組承受的短時過電流倍數(shù)與允許持續(xù)時間的關(guān)系為定子繞組允許過電流曲線見圖15。 設(shè)反時限過電流保護的跳閘特性與定子繞組允許過電流曲線相同。按此條件進行保護定值的整定計算。 反時限跳閘特性的上限電流iop.max按機端三相金屬性短路的條件整定第五節(jié) 發(fā)電機的失磁保護一、發(fā)電機的失磁運行及其產(chǎn)生的影響則 式中：kc0配合系數(shù)，取1.05。 不考慮在靈敏度和動作時限方面與其他相間短路保護的配合。保護動

25、作于解列或程序跳閘。7 發(fā)電機勵磁回路接地保護7.1概述發(fā)電機勵磁回路一點接地故障是發(fā)電機常見的故障形式之一，兩點接地故障也時有發(fā)生，一點接地故障對發(fā)電機并不造成危害，但若再相繼發(fā)生第二點接地故障，則部分轉(zhuǎn)子繞組被短路，可能燒傷轉(zhuǎn)子本體，振動加劇，甚至可能發(fā)生軸系和汽輪機磁化，使機組修復(fù)困難、延長停機時間。為了大型發(fā)電機組的安全運行，無論水輪發(fā)電機或汽輪發(fā)電機，在勵磁回路一點接地保護動作發(fā)出信號后，應(yīng)立即轉(zhuǎn)移負(fù)荷，實現(xiàn)平穩(wěn)停機檢修。對裝有兩點接地保護的汽輪發(fā)電機組，在一點接地故障后繼續(xù)運行時，應(yīng)投入兩點接地保護，后者帶時限動作于停機。 微機保護為勵磁回路一點和兩點接地故障新保護方案的實現(xiàn)提供了

26、廣闊的前景。其中一種采用切換采樣原理的保護使用較為廣泛（p278）。利用微機的計算功能，該保護裝置能測定接地故障位置和過渡電阻大小。7.2 整定計算1）勵磁回路一點接地電阻整定汽輪發(fā)電機通用技術(shù)條件規(guī)定：對于空冷及氫冷的汽輪發(fā)電機，勵磁繞組的冷態(tài)絕緣電阻不小于1m，直接水冷卻的勵磁繞組，其冷態(tài)絕緣電阻不小于2k。水輪發(fā)電機通用技術(shù)條件規(guī)定：繞組的絕緣電阻在任何情況下都不應(yīng)低于0.5m。據(jù)此規(guī)定進行電阻定值整定。經(jīng)延時（如5s）報信號。2）勵磁回路兩點接地轉(zhuǎn)子一點接地保護動作后，經(jīng)延時自動投入轉(zhuǎn)子兩點接地保護，當(dāng)接地位置變化大于時判為轉(zhuǎn)子兩點接地，根據(jù)廠家說明書進行整定（如3%5%）轉(zhuǎn)子兩點接地

27、保護動作時限按躲過瞬時出現(xiàn)的兩點接地故障整定，一般為0.51.0s，動作于停機。8 發(fā)電機定子過電壓保護81概述對于中小型汽輪發(fā)電機，通常不裝設(shè)過電壓保護。但是對于200mw 及以上大型汽輪發(fā)電機，因為運行實踐中，出現(xiàn)危及絕緣安全的過電壓是比較常見的現(xiàn)象，所以都裝設(shè)了過電壓保護。當(dāng)滿負(fù)荷下突然甩去全部負(fù)荷，即使調(diào)速系統(tǒng)和自動調(diào)整勵磁裝置都正常運行，因電樞反應(yīng)突然消失，而調(diào)速系統(tǒng)和自動調(diào)整勵磁裝置都是有慣性環(huán)節(jié)組成的，轉(zhuǎn)速仍將上升，勵磁電流不能突變，使得發(fā)電機電壓在短時間內(nèi)也要上升，其值可能達(dá)到1.31.5倍額定值，持續(xù)時間可能達(dá)到幾秒。8.2 定值整定定子過電壓保護的整定值，應(yīng)根據(jù)電機制造廠提

28、供的允許過電壓能力或定子繞組的絕緣狀況決定。a）對于200mw及以上汽輪發(fā)電機 動作時限取0.5s，動作于解列滅磁。b）對于水輪發(fā)電機 動作時限取0.5s，動作于解列滅磁。9 定子鐵芯過勵磁保護 電壓的升高和頻率的降低均可導(dǎo)致定子鐵芯工作磁密增大，反復(fù)過勵磁，將因過熱而使絕緣老化、使繞組的絕緣強度和機械性能惡化，降低設(shè)備的使用壽命。規(guī)程規(guī)定300mw 及以上發(fā)電機應(yīng)裝設(shè)過勵磁保護。 當(dāng)發(fā)電機與主變壓器之間無斷路器而共用一套過勵磁保護時，其整定值按過勵磁能力較低的要求整定。9.1 定時限 低定值部分帶時限動作于信號和降低發(fā)電機勵磁電流，高定值部分動作于解列滅磁或程序跳閘。9.2 反時限反時限過勵

29、磁保護按發(fā)電機制造廠家提供的反時限過勵磁特性曲線（參數(shù)）整定。特別注意引進設(shè)備時，一次設(shè)備的過勵磁能力與保護裝置的過勵磁動作特性不相適應(yīng)的問題。注：過激磁與過電壓保護都反應(yīng)電壓對機組的影響，但過激磁保護由設(shè)備的過熱能力確定，而過電壓是絕緣問題，由設(shè)備的過電壓能力確定。如果額定頻率下，過激磁保護較過電壓保護靈敏，則可以不裝設(shè)過電壓保護。10 發(fā)電機逆功率和程跳逆功率保護與電力系統(tǒng)并列運行的發(fā)電機，由于各種原因而停止供給原動機能量時，將從系統(tǒng)吸取能量變?yōu)殡妱訖C運行，驅(qū)動原動機運轉(zhuǎn)。汽輪機在其主汽門關(guān)閉后，轉(zhuǎn)子和葉片的旋轉(zhuǎn)會引起風(fēng)損，風(fēng)損與轉(zhuǎn)子葉輪直徑和葉片長度有關(guān)，所以在汽輪機的排氣端風(fēng)損最大；風(fēng)

30、損還與周圍蒸汽密度成正比，一旦機組失去真空，使排除蒸汽的密度增大，風(fēng)損將劇烈增加。因為逆功率運行時，沒有蒸汽流通過汽輪機，由風(fēng)損造成的熱量不能被帶走，會使汽輪機葉片過熱以致?lián)p壞。為了及時發(fā)現(xiàn)逆功率的異常工況，要求200mw 及以上汽輪發(fā)電機一般都裝設(shè)逆功率保護。逆功率保護主要由一個靈敏的功率繼電器構(gòu)成。10.1 逆功率保護1）動作功率2）動作時限 延時15s 動作于信號，跳閘時間由汽輪機允許的逆功率時間決定，一般取13min。10.2 程跳逆功率經(jīng)由主汽門觸點控制跳閘，動作功率同上，動作時限為1.01.5s。11 發(fā)電機起停機定子接地保護有些情況下，發(fā)電機在啟動或停機過程中有勵磁電流流過勵磁繞

31、組，例如，某些機組在盤車過程中需要利用勵磁電流對轉(zhuǎn)子進行預(yù)熱時以及在機組上發(fā)生操作上的失誤時，都可能如此。此時，定子電壓的頻率很低，而很多保護的動作特性受頻率影響較大，在這樣低的頻率下不能正確工作。起停機定子接地保護用于反應(yīng)發(fā)電機低速運行時的定子接地故障，由裝于機端或其中性點的零序過電壓繼電器構(gòu)成，不要求濾過三次諧波。起停機保護僅做為發(fā)電機低頻工況的輔助保護。正常運行時，由斷路器的動斷觸點或低頻繼電器的輸出觸點連鎖退出。零序過電壓的整定值一般取10v 及以下，低頻繼電器的整定值選取額定頻率的80%90% 。12 發(fā)電機突加電保護發(fā)電機在盤車過程中，由于出口斷路器誤合閘，突然加上三相電壓，而使發(fā)

32、電機異步啟動，從系統(tǒng)中吸收有功功率。此種情況下，發(fā)電機電抗接近xd，并在啟動過程中基本上不變，計及主變的電抗和系統(tǒng)聯(lián)接電抗，并且在系統(tǒng)聯(lián)接電抗較小時，流過發(fā)電機定子繞組的電流可達(dá)34倍額定值。定子電流所建立的旋轉(zhuǎn)磁場，將在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生差頻電流（頻率在變），如果不及時切除電源，流過電流的持續(xù)時間過長，則在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生產(chǎn)生的熱效應(yīng)將超過允許值，引起轉(zhuǎn)子過熱而遭到破壞。此外，突然加速，還可能因潤滑油壓低而使軸瓦遭受損壞。因此，對于這種突然加電壓的異常運行狀況，應(yīng)有相應(yīng)的保護裝置，以迅速切斷電源。由低頻元件和過流元件構(gòu)成的突加電保護：1）電流元件：等于或小于盤車狀態(tài)下誤合閘最小電流的50%；2）低頻元件：

33、應(yīng)低于任何危機事故的頻率，一般可取額定頻率的80%90% 。13 低勵、失磁保護失磁保護，有時也稱為低勵保護。低勵，表示發(fā)電機的勵磁電流低于靜穩(wěn)極限所對應(yīng)的勵磁電流，與正常欠勵運行和完全失磁不同；失磁，表示發(fā)電機完全失去勵磁。發(fā)電機低勵或失磁是常見的故障形式，特別是大型機組，勵磁系統(tǒng)的環(huán)節(jié)比較多，增加了發(fā)生低勵和失磁的機會。13.1 失磁原因1）勵磁回路開路、勵磁繞組斷線 、滅磁開關(guān)誤動作、勵磁調(diào)節(jié)裝置的自動開關(guān)誤動、可控硅勵磁裝置中部分元件損壞；2） 勵磁繞組由于長期發(fā)熱，絕緣老化或損壞引起短路；3） 運行人員調(diào)整等。13. 2低勵或失磁后所產(chǎn)生的危害1）對電力系統(tǒng)產(chǎn)生的危害a) 低勵或失磁

34、的發(fā)電機，從電力系統(tǒng)中吸收無功功率，引起電力系統(tǒng)的電壓下降，如果電力系統(tǒng)無功功率儲備不足，將使電力系統(tǒng)中鄰近失磁發(fā)電機的某些點電壓低于允許值，破壞了負(fù)荷與各電源間的穩(wěn)定運行，甚至使電力系統(tǒng)因電壓崩潰而瓦解；b) 當(dāng)一臺發(fā)電機發(fā)生低勵或失磁后，由于電壓下降，電力系統(tǒng)中的其他發(fā)電機，在自動調(diào)整勵磁裝置的作用下，將增加其無功功率輸出，從而使某些發(fā)電機、變壓器或線路過電流，其后備保護可能因過電流而動作，使故障范圍擴大；c) 一臺發(fā)電機低勵或失磁后，由于該發(fā)電機有功功率的擺動，以及系統(tǒng)電壓的下降，可能導(dǎo)致相鄰的正常運行發(fā)電機與系統(tǒng)之間、或電力系統(tǒng)個部分之間失步，使系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩，產(chǎn)生大量甩負(fù)荷。d) 發(fā)電

35、機的額定容量越大，在低勵或失磁時，引起無功功率缺額越大。電力系統(tǒng)相對失磁發(fā)電機的容量倍數(shù)越小，則補償這一無功功率缺額的能力越小。因此，發(fā)電機的單機容量與電力系統(tǒng)總?cè)萘恐仍酱髸r，低勵或失磁故障對電力系統(tǒng)的不利影響就越嚴(yán)重。2）對發(fā)電機本身的不利影響a) 發(fā)電機低勵或失磁后，將過渡到異步運行，轉(zhuǎn)子出現(xiàn)轉(zhuǎn)差。由于出現(xiàn)轉(zhuǎn)差，在發(fā)電機轉(zhuǎn)子中出現(xiàn)差頻電流。差頻電流在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生額外損耗，如果超出允許值，將使轉(zhuǎn)子過熱。而流過轉(zhuǎn)子表層的差頻電流，還可能使轉(zhuǎn)子本體與槽楔、護環(huán)的接觸面上發(fā)生嚴(yán)重的局部過熱甚至灼傷。b) 低勵或失磁的發(fā)電機進入異步運行之后，發(fā)電機的等效電抗降低，由xd變?yōu)閤d或xd，從系統(tǒng)中吸收的

36、無功功率增加。低勵或失磁前帶的有功功率越大，轉(zhuǎn)差就越大，等效電抗就越小，所吸收的無功功率就越大。在重負(fù)荷下失磁后，由于過電流，將使發(fā)電機定子過熱。c) 發(fā)電機受交變異步電磁力矩的沖擊而發(fā)生振動，轉(zhuǎn)差率愈大，振動也愈厲害。由于發(fā)電機低勵或失磁對電力系統(tǒng)和發(fā)電機本身的危害，必須裝設(shè)低勵、失磁保護。我們希望不論什么原因造成的低勵和失磁故障，保護裝置都能夠有選擇性和迅速地動作，但是對于大型機組很難做到這一點，這是因為大型機組的勵磁環(huán)節(jié)多，滅磁開關(guān)誤動、設(shè)備故障、人員過失等造成低勵和失磁的原因很復(fù)雜；低勵和失磁后，發(fā)電機定子回路的參數(shù)又不會突然發(fā)生變化；轉(zhuǎn)子回路的參數(shù)可能發(fā)生突然變化，但往往又難于與其他

37、非失磁故障和異常工況相區(qū)別。因此在探索低勵和失磁保護判據(jù)的過程中，出現(xiàn)了多種原理的保護裝置。13.2 失磁保護的主要判據(jù)1）系統(tǒng)側(cè)主判據(jù)高壓母線三相同時低電壓繼電器。本判據(jù)主要用于防止由發(fā)電機低勵失磁故障引發(fā)無功儲備不足的系統(tǒng)電壓崩潰，造成大面積停電，其動作判據(jù)為 式中：uop.3ph三相同時低電壓繼電器動作電壓 uh.min高壓系統(tǒng)最低正常運行電壓。 經(jīng)輔助判據(jù)“與門”輸出，短延時動作于發(fā)電機解列。 2）發(fā)電機側(cè)主判據(jù)： a）異步邊界阻抗繼電器； b）靜穩(wěn)極限阻抗繼電器； c）靜穩(wěn)極限勵磁低電壓繼電器。 3) 低勵失磁保護的輔助判據(jù) a）負(fù)序電壓元件； b）勵磁低電壓元件；13.3 整定計算

38、1）異步邊界阻抗繼電器異步邊界阻抗圓動作判據(jù)主要用于與系統(tǒng)聯(lián)系緊密的發(fā)電機失磁故障檢測，它能反應(yīng)失磁發(fā)電機機端的最終阻抗，但動作可能較晚。失磁發(fā)電機的機端阻抗最終軌跡一定進入下圖的圓1中，圓l稱為異步邊界阻抗圓，其整定為：注意：xd 取 飽和值，導(dǎo)則中取不飽和值是錯誤的。（研修班教材p11）2）靜穩(wěn)極限阻抗繼電器 汽輪發(fā)電機，如圖中圓2，其整定值為： 阻抗動作特性式中xcon發(fā)電機與系統(tǒng)間的聯(lián)系電抗，為包括主變阻抗在內(nèi)的標(biāo)么值（以發(fā)電機額定值為基準(zhǔn)）。xcon計算見導(dǎo)則附錄f設(shè)某電廠具有同容量的n臺機，均呈發(fā)電機變壓器組接地，在高壓側(cè)并聯(lián)運行。電力系統(tǒng)歸算至該廠高壓母線的系統(tǒng)等值電抗為xs，其接線及等值電路如圖f1。假設(shè)對1號機的k保護裝置進行整定計算，已知保護裝于機端。 3）低勵失磁保護的輔助判據(jù) c) 勵磁低電壓元件。動作電壓取uop=0.8ufdo 式中ufdo發(fā)電機空載額定勵磁電壓這些輔助判據(jù)與上述主判據(jù) “與門”輸出，防止非失磁故障狀態(tài)下主判據(jù)繼電器誤出口。對于134延時元件動作于跳開發(fā)電機的延時元件，其延時應(yīng)防止系統(tǒng)振蕩時保護的誤動作。振蕩周期由電網(wǎng)主管部門提供，按躲振蕩所需的時間整定。對于不允許發(fā)電機失磁運行的系統(tǒng)，其延時一般取0.51.0s。 動作于勵磁切換及發(fā)電機減出力的時間元件，其延時由設(shè)備的允許條件